光電設(shè)計大賽改后資料

第四屆全國光電設(shè)計大賽理論方案報告一.要求本設(shè)計是一種基于單片機(jī)掌握的具有光電導(dǎo)航功能自動尋跡小車系統(tǒng)，包括小車系統(tǒng)構(gòu)成軟硬件設(shè)計方法。要求從線路的指定點動身，沿軌道上鋪設(shè)的“8”字形導(dǎo)航條走完全程。在行走過程中，利用光電技術(shù)測量、記錄沿途所通過隧道的數(shù)目、各段隧道的長度及沿途路邊樹木的棵數(shù)。

小車以AT89C51為掌握核心,用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波，掌握小車速度。利用太陽能電池幫助供電供給充分的電能。利用紅外光電傳感器對路面白色軌跡進(jìn)展檢測,并將路面檢測信號反響給單片機(jī)。單片機(jī)對采集到的信號予以分析推斷,準(zhǔn)時掌握驅(qū)動電機(jī)以調(diào)整小車轉(zhuǎn)向,從而使小車能夠沿著白色軌跡自動行駛,實現(xiàn)小車自動尋跡的目的。

在計算隧道長度時，承受光電傳感器和超聲波傳感器相協(xié)調(diào)的測量方式，使測量更精準(zhǔn)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)AT89C51光電傳感器直流電機(jī)自動循跡小車計數(shù)器光電檢測技術(shù)二.總體方案〔1〕爭論隧道長度測量問題；〔2〕爭論傳感器參數(shù)的選擇問題〔3〕爭論隧道長度測量的問題；〔4〕爭論樹木、隧道計數(shù)時的識別問題；〔6〕爭論解決顯示器的問題；〔7〕爭論各模塊互不干擾的問題；〔8〕爭論行駛速度測量準(zhǔn)確度之間的協(xié)調(diào)問題；三.車體構(gòu)造小車或許尺寸是長20CM,寬17CM(包括2輪子)長20CM,寬14CM(不包括2輪子)四.循跡導(dǎo)航的實現(xiàn)1、小車循跡原理：這里的循跡是指小車在深綠色地板上循白線行走，由于白線和深綠色地板對光線的反射系數(shù)不同，可以依據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來推斷“道路”。通常實行的方法是紅外探測法。

紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體外表具有不同的反射性質(zhì)的特點，在小車行駛過程中不斷地向地面放射紅外光，當(dāng)紅外光遇到深綠色紙質(zhì)地板時發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；假設(shè)遇到白線則紅外光被吸取，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定白線的位置和小車的行走路線。紅外探測器探測距離有限①工作原理及電路圖:當(dāng)檢測的物體為深綠色時，紅外放射器發(fā)出的光大局部被深綠色物體所吸取，反射會的光線已很微弱，光敏三極管無法導(dǎo)通，所以LM324的2引腳為高電平并且與3引腳的輸出電壓同時送到LM324內(nèi)進(jìn)展比較。由于U2>U3使得LM324的輸出引腳為低電平。當(dāng)檢測到白色物體時反射回的光線足夠多，光敏三極管導(dǎo)通此時2引腳為低電平并且與3引腳的高電平同時送入LM324內(nèi)進(jìn)展比較，由于此時U2<U3所以LM324輸出引腳輸出高電平將比較器輸出的凹凸電平送到單片機(jī)中進(jìn)展處理推斷就可以區(qū)分出此時被檢測到的軌跡是白色還是深綠色。②循跡的實現(xiàn)：在小車具體的循跡行走過程中，為了能準(zhǔn)確測定白色線位置并確定小車行走的方向，需要同時在底盤裝設(shè)4個紅外探測頭，進(jìn)展兩級方向訂正掌握，提高其循跡的牢靠性。這4個紅外探頭的具體位置如圖3-6所示。圖3-6傳感器安裝圖圖中循跡傳感器全部在一條直線上。其中X1與Y1為第一級方向掌握傳感器，X2與Y2為其次級方向掌握傳感器，并且白線同一邊的兩個傳感器之間的寬度不得大于白線的寬度。小車前進(jìn)時，始終保持(如圖3-6中所示的行走軌跡白線)在X1和Y1這兩個第一級傳感器之間，當(dāng)小車偏離白線時，第一級傳感器就能檢測到白線，把檢測的信號送給小車的處理、掌握系統(tǒng)，掌握系統(tǒng)發(fā)出信號對小車軌跡予以訂正。假設(shè)小車回到了軌道上，即4個探測器都只檢測到深綠色，則小車會連續(xù)行走；假設(shè)小車由于慣性過大照舊偏離軌道，越出了第一級兩個探測器的探測范圍，這時其次級探測器動作，再次對小車的運動進(jìn)展訂正，使之回到正確軌道上去。可以看出，其次級方向探測器實際是第一級的后備愛護(hù)，從而提高了小車循跡的牢靠性。③工作原理及電路圖五.隧道測量假設(shè)進(jìn)入隧道，我們可以用光敏電阻的感光性能調(diào)整阻值的大小從而輸出凹凸電平，從電平開頭轉(zhuǎn)變就計時，電平再次轉(zhuǎn)變就完畢計時。通過驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速以及車輪半徑就可以計算出隧道長度。地面的白線是導(dǎo)引線，位置讀取和計算的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性將直接影響小車的掌握和運行。以下圖是實際運行中消失的狀況，白塊表示感應(yīng)到白線的傳感器。傳感器的排列比較密，可能1~2個傳感器都能踩到白線；轉(zhuǎn)彎處車身傾斜甚至2～3個傳感器都能踩到白線。應(yīng)當(dāng)求白線的中心位置作為結(jié)果。另外承受超聲波傳感器，提前感知隧道，協(xié)作光電傳感器精準(zhǔn)計算出小車進(jìn)入離開和隧道的時間，結(jié)合小車行駛速度，并通過肯定的算法，準(zhǔn)確測得隧道數(shù)目和隧道的長度。原理：具體方法：承受直流減速電機(jī)附帶測速系統(tǒng)：GB37Y3530該款電機(jī)適用條件:直徑：37mm,電機(jī)尾部加裝雙通道霍爾效應(yīng)編碼器，AB雙路輸出,單路每圈脈沖16CPR,雙路上下沿共輸出64CPR電壓工作范圍：DC6V-12V6V電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速有：速度檢測方案:由于要準(zhǔn)確測量隧道長度，對小車的速度測量精度得特標(biāo)高，對測速方案要求更高。小車的實際行駛速度是小車速度掌握的掌握輸入量，準(zhǔn)確實時的測量小車的速度才能實現(xiàn)小車的速度掌握，即縱向掌握。常用的測速方案有以下幾種：方案一：光電測速傳感器原理：是傳感器開孔圓盤的轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸相連接，光源的光通過開孔盤的孔和縫隙反射到光敏元件上，開孔盤隨旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)一周，光敏元件上照到光的次數(shù)等于盤上的開孔數(shù)，從而測出旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)速度。靈敏度較高，但簡潔受外界光源影響。

方案二：測速發(fā)電機(jī)原理：是將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電信號，適合于測量速度較高的旋轉(zhuǎn)物體的速度。承受電磁感應(yīng)的原理。但市場上測速發(fā)電機(jī)應(yīng)用于低壓市場的比較少，而且都比較重，不適用于模型車，并且要將側(cè)速發(fā)電機(jī)安裝到電動車上需要對電動車模型進(jìn)展較大改動，由于其質(zhì)量較重，可能會嚴(yán)峻影響電動車的機(jī)動性能，除非自制。優(yōu)點是測速準(zhǔn)確、穩(wěn)定、快速，可以直接由AD轉(zhuǎn)換器讀入單片機(jī)測得當(dāng)前速度值。圖2-3測速發(fā)電機(jī)方案三：霍爾傳感器其工作原理是：利用霍爾開關(guān)元件測轉(zhuǎn)速，內(nèi)部具有穩(wěn)壓電路、霍爾電勢發(fā)生器、放大器、施密特觸發(fā)器和輸出電路，其輸出電平和TTL電平兼容。在待測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)軸上裝上一個圓盤，在圓盤上裝上假設(shè)干對小磁鋼，小磁鋼愈多區(qū)分率越高?；魻栭_關(guān)固定在小磁鋼四周，當(dāng)旋轉(zhuǎn)體以角速度M旋轉(zhuǎn)時，每當(dāng)一個小磁鋼轉(zhuǎn)過霍爾開關(guān)，霍爾開關(guān)便輸出一個脈沖，計算出單位時間的脈沖數(shù)，即可確定旋轉(zhuǎn)體的速度。

方案選擇論證：光電測速傳感器受外界光源影響很大，不適合運動性物體的測速；測速發(fā)電機(jī)體積重量較大，不便于小車上安裝；集成化霍爾開關(guān)傳感器具有靈敏牢靠、體積小巧、無觸點、無磨損、使用壽命長、功耗低以及不怕塵土、油污、濕熱等優(yōu)點，綜合小車運動環(huán)境和重量輕的要求，我們使用了霍爾傳感器來進(jìn)展速度檢測。

我們在后輪上貼了N個磁鐵，輪子每轉(zhuǎn)1/N圈，霍爾元件就會輸出一個脈沖，只要測量每兩個脈沖之間的時間就可以知道當(dāng)前車速。要提高測速的速度可以適當(dāng)增加N值，但相應(yīng)測到速度的精度就會下降，但考慮到實際運行系統(tǒng)對速度精度要求不高，所以在調(diào)試階段可以依據(jù)狀況增減N值。

圖4-5霍爾開關(guān)型傳感器CS1018內(nèi)部構(gòu)造圖六.樹木數(shù)目測量用的是顏色的ST188，假設(shè)檢測到有反射的光線就計數(shù)加一。承受并排式光電傳感器，兩側(cè)多組排列，并結(jié)合超聲波傳感器幫助測量，在測得數(shù)據(jù)后經(jīng)肯定的算法，避開遺漏或重復(fù)，使得測量樹木的棵樹更加精準(zhǔn)計數(shù)模塊：承受單片機(jī)自身的定時、計數(shù)器進(jìn)展計數(shù)，每當(dāng)傳感器檢測到一次目標(biāo)信號后計數(shù)器便自加一次，直至跑完全程，程序自動停頓計數(shù)，并通過顯示模塊實時地顯示樹木棵樹。顯示模塊：為了更直觀地顯示要測量的數(shù)據(jù)，我們選擇配備一個液晶顯示模塊，全部監(jiān)控數(shù)據(jù)一目了然。承受128*64OLED液晶顯示器，可以直接插入開發(fā)板液晶插座，兼容標(biāo)準(zhǔn)1602和12864接口，每個點都能自己發(fā)光，所以沒有背光這一說法，可以顯示小車行駛速度，行駛距離，隧道長度，樹木棵樹等等，比照度高，在強(qiáng)光下也可以看得很清晰。七.單片機(jī)的選擇單片機(jī)：AT89C51〔32位〕主要